Proces prieskumu vesmíru, ktorý sa prakticky začal v polovici 20. storočia, sa zvyčajne prezentuje pozitívne ako nová etapa vo vývoji vedeckých a technologických poznatkov. Už po vypustení prvého satelitu sa však paralelne spustil úplne iný negatívny proces spojený s upchávaním blízkozemských dráh. Umelé trosky vo vesmíre predstavujú množstvo hrozieb pre kozmickú loď aj Zem.
Zdroje vesmírneho odpadu
Odpadky v tomto prípade označujú deriváty umelo vytvoreného charakteru, ktoré sú veľmi rôznorodé, no sú spojené s priamou ľudskou činnosťou. Napríklad prirodzene sa vyskytujúce meteoroidy nepredstavujú hrozbu, na rozdiel od odpadu vytvoreného človekom, ktorý predstavuje hrozbu pre svoj dlhý pobyt na nízkej obežnej dráhe Zeme.
Odkiaľ sa teda vo vesmíre berú nebezpečné úlomky? Väčšina z toho jegenerované počas štartov satelitov a štartov iných vozidiel na obežnú dráhu. Do takýchto procesov sú nevyhnutne zapojené sprievodné lode s posádkou alebo automatické lode, ktoré zanechávajú technické predmety a spotrebný materiál. Najnebezpečnejším zdrojom znečistenia tohto druhu je ničenie satelitov a lodí na obežnej dráhe, v dôsledku čoho zostávajú vo vesmíre neriadené zariadenia a konštrukčné časti lietadiel. Samotné úlomky po haváriách zariadení alebo v procese plánovaného uvoľnenia odpadu v jednom počte nepredstavujú vážnu hrozbu. Pri dlhodobej akumulácii však vznikajú veľké objekty, často s vysokým rádioaktívnym potenciálom, čo sťažuje ich zničenie.
Významnú úlohu v procesoch tvorby nebezpečného odpadu zohráva efekt „vekovej“degradácie odpadu z vesmírnych objektov v agresívnom prostredí. Rovnaké nahromadenie trosiek negatívne ovplyvňuje kozmický prach, žiarenie, teplotné extrémy, oxidácia kyslíka atď. Človek sa teda musí vysporiadať nielen s fyzikálnymi prvkami, ktoré predstavujú hrozbu kolízie, ale aj s nekontrolovanými a výbušnými materiálmi, ktoré zvyšujú riziko. katastrof.
Monitorovanie vesmírneho odpadu
Existujúce nebezpečenstvá spojené s prítomnosťou vesmírneho odpadu si tiež vyžadujú neustály výskum obežných dráh v blízkosti Zeme. Špeciálne zariadenia skenujú umelý odpad podľa niekoľkých charakteristík, vrátane veľkosti, hmotnosti, tvaru, rýchlosti,dráha, zloženie atď. V závislosti od vzdialenosti od Zeme sa používajú určité zariadenia. Napríklad nízka obežná dráha Zeme systému LEO bežne pokrýva vzdialenosť od 100 do 2000 km. V tomto spektre pracujú rádiové, radarové, optické, optoelektronické, laserové a iné zariadenia na pozorovanie vesmírneho odpadu. Súčasne sa vyvíjajú špeciálne algoritmy na analýzu informácií prijatých na týchto zariadeniach. Na spojenie súboru fragmentovaných údajov sa používajú zložité matematické výpočtové modely, ktoré poskytujú relatívne úplný obraz o tom, čo sa deje v konkrétnej oblasti pozorovania.
Napriek použitiu špičkových metód monitorovania stále existujú problémy so sledovaním malých častíc o veľkosti niekoľkých milimetrov. Palubné senzory dokážu takéto úlomky študovať len čiastočne, no na získanie komplexných informácií, napríklad o chemickom zložení objektu, to nestačí. Jedným zo smerov na sledovanie takýchto častíc je takzvané pasívne meranie. Kedysi sa podľa tohto princípu študovali komponenty vesmírnej stanice Mir vrátené na Zem. Podstatou tejto technológie je registrácia dopadov študovaných častíc na povrch aparatúry v otvorenom priestore. V laboratóriách sa analyzovali rôzne druhy poškodení, čo umožnilo získať ďalšie informácie o vesmírnom odpade. Dnes tímy kozmonautov pracujú na tejto ceste výskumu priamo na obežnej dráhe a kontrolujú povrchy prevádzkovaných kozmických lodí.
Rozloženie odpadu v blízkozemskom priestore
Monitorovanie kozmického priestoru naznačuje nerovnomerné rozloženie odpadu rôznych typov na obežných dráhach. Najväčšie zhluky sú pozorované v oblasti nízkej obežnej dráhy - najmä v porovnaní s vysokými obežnými dráhami môže byť rozdiel v hustote tisícnásobný. Zároveň existuje vzťah medzi hustotou zhlukov a veľkosťou častíc. Priestorová hustota stredne veľkého odpadu je zvyčajne nižšia na vysokých obežných dráhach ako na nízkych obežných dráhach v menšom pomere v porovnaní s hrubozrnnými prvkami.
Charakteristiky distribúcie vesmírneho odpadu okolo Zeme sú ovplyvnené množstvom faktorov, medzi ktoré patria aj znaky pôvodu. Napríklad malé fragmenty vytvorené v dôsledku zničenia častí stanice alebo satelitov majú nestabilné vektory rýchlosti. Pokiaľ ide o veľké úlomky, vďaka svojej vysokej dynamike je schopný dosiahnuť vysoké nadmorské výšky až 20 000 km a šíriť sa aj v geostacionárnom prstenci. Na úrovni 2 000 km je nerovnomerné rozloženie s bodmi zvýšenia hustoty najmä na 1 000 a 1 500 km. Mimochodom, geostacionárna dráha je najviac zanesená a v jej oblasti je zaznamenaná vysoká tendencia úletu úlomkov.
Trendy vývoja vesmírneho odpadu
Vesmírni vedci sa viac zaujímajú o potenciálne než súčasné hrozbyúlomky na obežných dráhach Zeme. V súčasnosti štúdie naznačujú zvýšenie miery znečistenia o 4 – 5 % ročne. Navyše úloha štartov kozmických lodí ešte nebola spoľahlivo posúdená z hľadiska rastu populácie cudzích telies na rôznych obežných dráhach. Veľké objekty sú prístupné predpovedaniu, ale ako už bolo uvedené, obmedzené informácie o malých úlomkoch dokonca aj v blízkom vesmíre nám neumožňujú hovoriť s vysokou mierou objektivity o charakteristikách hromadného odpadu. Napriek tomu vedci robia dva jednoznačné závery o malých úlomkoch:
- Objem malých častíc, ktoré vznikajú v dôsledku deštrukcie, sa neustále zvyšuje so zvyšujúcim sa počtom zrážok. V laboratórnych podmienkach aj v teoretických štúdiách sa ukázalo, že malé úlomky tvoria významnú časť prvkov, ktoré sú oddelené od predmetov ničenia.
- Veľmi malé častice vo forme rovnakých kolíznych produktov sú náchylnejšie na negatívne účinky vonkajších síl. Účinok degradácie, keď sú úlomky dlhší čas v agresívnych podmienkach, znižuje pravdepodobnosť spoľahlivého posúdenia budúcnosti takýchto akumulácií.
Je zrejmé, že problémy s hľadaním trosiek vo vesmíre sa budú len zhoršovať, čo si vyžaduje prijatie vhodných opatrení. Ale aj po úplnom odstavení projektov súvisiacich s vesmírom sa obežná dráha Zeme bude naďalej upchávať v dôsledku kolízie existujúcich prvkov znečistenia s prírodnými časticami. Zotrvačnosťou bude tento proces pokračovať minimálne ďalších 100rokov.
Typy účinkov znečistenia vesmíru
Medzi najnebezpečnejšie negatívne dôsledky vplyvu vesmírneho odpadu patria:
- Ekologické škody na Zemi. Prítomnosť technogénneho odpadu na obežnej dráhe v blízkosti Zeme sama o sebe znamená zmenu ekologického pozadia a narúša pôvodnú čistotu životného prostredia. Podľa astronómov-pozorovateľov proces znižovania transparentnosti blízkozemského priestoru už napreduje, čo vysvetľuje aj prítomnosť rušenia prevádzky rádiových zariadení. Priamo pre Zem si možno všimnúť nebezpečenstvo pádu komponentov s palivovými materiálmi, ktoré zabezpečujú chod prúdových motorov.
- Sutiny padajúce na Zem. Aj bez rádioaktívneho efektu môže mať pád umelo vytvoreného odpadu z blízkeho vesmíru katastrofálne následky. K dnešnému dňu mali najväčšie pristáté objekty hmotnosť nie viac ako 100 ton, ale to nepredstavovalo vážnu hrozbu pre planétu. Na druhej strane, s rastúcou intenzitou prekážok na obežnej dráhe Zeme bude tento scenár čoraz temnejší.
- Nebezpečenstvo vesmírnej kolízie. Nepodceňujte škody spôsobené vesmírnym odpadom pre vybavenie používané na letovú podporu. Rovnaké dopady veľkých a malých častíc môžu viesť k významným poruchám v prevádzke zariadení a veľké nehody ohrozujú vyhliadky na realizáciu drahých ambicióznych projektov.
Systémy hodnotenia škôd pri haváriiodpadky
V prvom rade je už zavedená prax analýzy účinkov na povrchu kozmickej lode aplikovaná externým skúmaním samotnými kozmonautmi. Ako už bolo uvedené vyššie, výsledky takýchto štúdií možno ďalej použiť na určenie charakteristík odpadu. Najpresnejšie analytické informácie však poskytujú iba laboratórne testy, pri ktorých sú cieľové materiály umelo ovplyvnené. Imitácia zrážky zariadenia s úlomkami vo vesmíre je realizovaná nárazmi v ultra vysokej rýchlosti. Ďalej sa pomocou počítačového a digitálneho modelovania získané dáta spracovávajú s analýzou charakteristík poškodenia a mechaniky dopadu na cieľový objekt. Medzi hlavné ukazovatele patria také vlastnosti ako pevnosť, zachovanie funkčnosti, životnosť jednotlivých komponentov, miera fragmentácie atď.
Určenie úrovne hrozby vesmírneho odpadu
Už pri projektovaní orbitálnych staníc a vesmírnych komplexov sa počíta s možnosťou kolízie s rôznymi druhmi odpadu. Na výpočet optimálnej spoľahlivosti návrhu sa používajú údaje o konkrétnom prostredí, kde sa bude zariadenie používať. Zároveň je nepresnosť experimentálnych a analytických metód hodnotenia hrozieb stále významným problémom. Úlomky vo vesmíre možno skúmať len do určitej miery predpokladov, čo sťažuje konštruktérom správnu prípravu vozidiel na kolízie vo vysokej rýchlosti. PreNa približné posúdenie hrozby sa používa koncept všeobecných tokov vesmírneho odpadu, s ktorým sa možno potenciálne stretnúť na ceste kozmickej lode. Ďalšie údaje sú zobrazené o hustote toku, rýchlosti, uhloch nábehu a počte očakávaných dopadov.
Spôsoby zníženia hrozieb z trosiek vo vesmíre
Relatívne nízka úroveň monitorovania a charakterizácie vesmírneho odpadu s jeho predikciou je len časťou problému. V súčasnej fáze sa špecialisti stretávajú s množstvom problémov súvisiacich so znižovaním rizík negatívneho vplyvu umelého odpadu vo vesmíre. Dnes sa uvažuje o dvoch smeroch riešenia tohto problému. Jednak ide o všeobecné obmedzenie letov, ako aj o minimalizáciu technologických procesov, ktoré vedú k upchávaniu obežných dráh na rôznych úrovniach. Po druhé, môžeme hovoriť o štrukturálnej optimalizácii vozidiel s redukciou častí, ktoré by sa potenciálne mohli stať vesmírnym odpadom. Zvláštna pozornosť v systémoch riadenia vesmíru sa dnes venuje kontaminácii rádioaktívnymi látkami. Týka sa to minimalizácie výfukových produktov motora až po prechod na zásadne nové palivové zdroje.
Vyhliadky na boj proti troskám v blízkom vesmíre
Aktívna práca na regulácii vesmírnych aktivít na globálnej úrovni dáva dôvod na optimizmus pri hodnotení vývoja situácie v budúcnosti. Starostlivý prístup k čistote orbitálneho prostredia je súčasťou koncepcií strategických programov najväčších štátov, ktoré prispievajúnajväčší prínos v boji proti úlomkom vo vesmíre. Čistenie a odstraňovanie malých a veľkých častíc na polygónové dráhy je jednou z kľúčových oblastí pri čistení vesmíru od znečistenia spôsobeného človekom, zatiaľ však neexistujú účinné metódy na implementáciu tohto konceptu. Ide o technologicky náročnú úlohu, takže hlavný dôraz sa v súčasnosti stále kladie na spôsoby optimalizácie ľudských aktivít vo vesmíre.
Záver
Jedným z radikálnych spôsobov, ako vyriešiť problémy s vesmírnym odpadom, je úplne zastaviť vypúšťanie orbitálnych staníc a satelitov, kým sa neobjavia nové a cenovo dostupnejšie prostriedky na čistenie prostredia v blízkosti Zeme. Ale tento smer je utopický aj z viacerých ekonomických a technologických dôvodov. Napriek tomu existujú predpoklady na to, aby sa situácia zmenila k lepšiemu. Aj keď sa pozriete niekoľko desaťročí späť, môžete si všimnúť zásadné zmeny v postoji samotného človeka k tomuto problému. Ak teda pri prevádzke vesmírnej stanice Mir bolo zaužívanou praxou priame vypúšťanie odpadových produktov posádky, tak dnes si to už nemožno predstaviť. Na reguláciu procesov bytia vo vesmíre sa zavádzajú stále prísnejšie pravidlá. Svedčia o tom aj medzinárodné dohovory, podľa ktorých sú krajiny zúčastňujúce sa vesmírnych aktivít povinné dodržiavať zásady znižovania negatívneho vplyvu na ekologickú situáciu v blízkozemskom prostredí.
